元素分析是微观分析中重要的一环，通常用扫描电镜（SEM）结合X射线能量色散谱仪（ EDS ）或X射线波长色散谱仪（ WDS ）进行快速元素定性、定量和分布分析，优点是操作简单、速度快、可以面分布成像，但具有轻元素分析能力差、检出限差、空间分辨率差等问题，需要结合光谱或质谱等其他分析手段进行精确分析，但不同仪器分立分析的方案又带来了分析位置不易精确重合等问题。
为了解决这一问题，双束电镜（FIB-SEM）-飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)联用方案被提上议程。飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）是一种高度敏感的分析技术，可以提供材料表面的化学特性。TESCAN公司独特的二次离子质谱分析，由于离子产生的相互作用体积是几纳米的量级，比电子束产生的量级小得多（通常是几微米）。因此，与其他常见的扫描电镜化学分析技术（如EDX）相比，TOF-SIMS可以获得更好的横向和深度分辨率。
FIB-SEM-TOF-SIMS联用系统可以提供元素定性（从氢元素开始）分析、快速空间分辨率面分布分析，可以检测各种微量元素，检测浓度可达几个ppm，并可区分同位素。TOF-SIMS集成在FIB-SEM系统上，省掉了标准质谱仪的离子源，同时利用SEM-FIB的强大功能（成像，蚀刻，沉积，光刻，微操作等），可以通过加工样品实现对特定纳米结构进行SIMS分析。
该紧凑化设计的TOF-SIMS和常规的大质谱相比，虽然在质谱分辨率、灵敏度和检出限等质谱指标上有一定差距，但是测试速度快(一次性可测试整个质量数范围的元素和同位素)、成像质量好、空间分辨率高(利用FIB本身的高分辨，使得质谱的Mapping分析也有纳米级分辨率)、样品制备简单等都是其优势，可以与大质谱形成非常好的性能功能互补。
技术特点
q 轻元素的检测：常规EDS和WDS对轻元素的检测能力相对较弱，尤其是H、Li等元素更是无法测试，而TOF-SIMS却可以测试从H开始的任意元素；
q 检出限：常规EDS和WDS的检出限为1%和0.1%，而TOF-SIMS的检出限却可达ppm量级；
q 空间分辨率：由于X射线的扩展体积较大，限制了其分辨率的进一步提高；而二次离子的作用空间相对X射线更小，非常易于提高分辨率；
q 同位素：质谱仪可以获得EDS/WDS无法检测的同位素信息；
q 三维和深度剖析：利用FIB本身的加工能力，TOF-SIMS可以非常轻松的进行三维分析，并且可对感兴趣的元素或同位素在深度方向的变化进行剖析。